Como regla general, la corriente determina el grosor del cable y el voltaje determina el grosor (y / o material) del aislamiento.
La red eléctrica hace lo que usted propone: use voltajes mucho más altos para reducir el tamaño del cable. La corriente reducida también significa pérdidas de línea reducidas, lo que es muy importante en distancias largas.
Por ejemplo, si tenía 1kW de potencia que quería mover de A a B, podría usar, digamos 100A a 10V, o tal vez 10A a 100V.
Para una transmisión de potencia de 100 A, necesitarías 1 cable AWG. Tiene un diámetro de 7.34822mm y una resistencia de 0.406392Ω por km. Por lo tanto, a una distancia de 1 km perdería 0.406392 * 100 = 40.64V. Ay. ¡Eso simplemente no funcionaría! Entonces, aunque el cable podría hacer frente físicamente a esa corriente, a esa distancia perderías todo tu voltaje. Así que eso sería un no-go.
Pruebe a 100V, 10A.
10A puede pasar por cable 11AWG. Tiene un grosor de 2.30378 mm y una resistencia de 4.1328Ω / km. Resistencia mucho más alta, pero mucho más ligero. ¿Cuánto voltaje perderíamos en 1km? 41.328V. Tenga en cuenta el camino de retorno, de modo que duplique la distancia y termine perdiendo 82.656 V, quedando 17.344 V para la carga. Llegar allí. Todavía no es factible, pero está llegando. Eso equivale a 173.44W.
¿Qué tal si lo bombeamos hasta 1000 V, a solo 1A? En 1A podemos usar cable 21AWG, con 0.7239 mm de espesor. 41.984Ω / km, que serían 41.984V perdidos allí, y 41.984V perdidos atrás. Entonces 83.968V se perdió de tus 1000, dejando 916.032V. Eso es 916.832W saliendo.
Supongamos que desea transmitir 100 A a una distancia de 1 km y limite la caída de voltaje para decir no más de 1V. ¿Qué grosor de cable necesitarías para eso? Bueno, para una caída de 1V a 100A tendría una resistencia de 1/100 = 0.01Ω. Por lo tanto, su cable no debe tener más de 0.01Ω / km. La tabla que uso no baja tanto, por lo que deberíamos hacer algunos cálculos.
Si usamos alambre de cobre, tiene una resistividad (\ $ \ rho \ $) de \ $ 1.68 × 10 ^ {- 8} \ Omega / m \ $ a 20 ° C. Para la resistividad tenemos la fórmula:
$$
R = \ frac {\ rho L} {A}
$$
donde L es la longitud (1 km), R es la resistencia (0.01Ω) y A es el área de la sección transversal.
Así que podemos reorganizar eso para A:
$$
A = \ frac {\ rho L} {R}
$$
y sustituir nuestros valores:
$$
A = \ frac {1.68 \ veces 10 ^ {- 8} \ veces 1000} {0.01}
$$
$$
A = 0.00168m ^ 2
$$
Y, por supuesto, eso equivale a un diámetro de cable de 4,6 cm.
¿Es práctico un cable de 5 cm de grosor para eso? No si puede aumentar el voltaje para disminuir la corriente, no.
Por lo tanto, para la transmisión de potencia es posible reducir el tamaño del cable en distancias muy largas y reducir las pérdidas en la línea.
En distancias más cortas, las pérdidas son considerablemente menores, pero aún pueden ser un problema a corrientes más altas. Pero, ¿vale la pena, o mejor usar un cable más grueso?
También tienes que tener en cuenta:
- La eficiencia de la conversión de energía: subir / bajar.
- El costo de un mejor aislamiento si tiene voltajes muy altos.
- La reducción en el costo al usar un cable más delgado.
- Problemas de seguridad: los voltajes más altos son peligrosos.
¿Entonces es un paseo "gratis"? No. Siempre habrá pérdidas y advertencias que debe tener en cuenta. Sin embargo, puede solucionar problemas de transmisión de potencia a larga distancia.